HIZLI KARIŞTIRMA VE YUMAKLAŞTIRMA YRD.DOÇ.DR. ASUDE ATEŞ

MİSAL 1: Bir kasabanın içme suyu, su kalitesi zamanla oldukça değişen bir nehirden karşılanacaktır. Bir yıl boyunca çeşitli zamanlarda yapılan ham su tahlil ve kavanoz testinden elde edilen uygun yumaklaştırıcı dozları Cetvel 5.5’ de gösterilmiştir. 24 saat işletme için hesap debisi, günlük ortalama olarak 43,8 lt /sn ve maksimum sarfiyat ise 65,7 lt /sn olarak verildiğine göre, içme suyu tasfiye tesisine ait hızlı karıştırma ünitesini teşkil ediniz.

Cetvel 5.5. Tahlil neticeleri  

  ÇÖZÜM Cetvel 5.5 den görülebileceği gibi ham suyun bulanıklığı zamanın % 62 (=34+28)sinde 45 ila 81 BB (bulanıklık birimi) arasında değişmekte ve zamanın ancak % 27 (=13+9+3+2) sinde ise 126 BB eşit ve ondan büyük olmaktadır. Yumaklaştırıcı olarak alum kullandığımıza göre aşağıdaki reaksiyona göre Al2(SO4)3 . 18 H2O + 3 Ca(HCO3)2 →3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18 H2O 666 3x100 CaCO3 Optimum alum dozu 27 ila 36 mg/ lt arasında değiştiğinden lüzumlu alkalinete (CaCO3 cinsinden) (300/666)x(27-36) = 12,2 -16,2 mg/lt arasında değişir. Ham suda mevcut alkalinite ≥ 77 mg/lt olduğundan, görüldüğü gibi alkalinite kafidir.Böylece yumaklaştırıcı olarak sadece alum düşünülürse, optimum alum dozu için kavanoz testinden pH = 6,4 olduğu görülmektedir.

Zamanın %27 sindeham suyun bulanıklığı 126 BB den yüksektir Zamanın %27 sindeham suyun bulanıklığı 126 BB den yüksektir .Bu durumda adsorpsiyon –destabilizasyon önemli olduğundan, ani ve kuvvetli bir hızlı karıştırmauygun olmaktadır. Bu iş için boru üzerinde karıştırıcı (in-line blender) tercih edilebilir. 43,8 lt/sn lik debi için 0,37 kw lık bir motor seçilirse max. debideki güç : 65,7/43,8 x 0,37 =0,56 kw = 560 N.m/ sn veya watt Boru hattı üzerindeki karıştırıcıdaki bekleme süresinin imalatçı tarafından 0,4 sn olarak verildiğini kabul edelim, bu gücün harcanacağı hacim : V =t.Q = 0,4x65,7x10-3 =0,026 m3 olarak bulunur. En düşük sıcaklık, en yüksek vizikositeye, dolayısıyla en düşük hız gradiyentine tekabül ettiğinden 80C sıcaklıkta µ =1,387x10-3 N.sn/ m2 olduğundan G= (P/ µ V)1/2 = (560/1,387x10-3x0,026)1/2=3900 sn-1 Benzer şekilde 180C sıcaklıkta, µ =1,060x10-3 N.sn/ m2 G = (560/1,060x10-3x0,026)1/2= 4500 sn-1

MİSAL 2: 1.Misalde ele alınan kasabanın su ihtiyacı bir gölden temin edilecektir. Ham su oldukça üniform bir kaliteye sahiptir. Ham suya ait tahlil ve kavanoz tecrübesi neticeleri Cetvel 5.6 da verildiğine göre karıştırma odasını boyutlandırarak, hız gradyanını ve karıştırıcının gücünü hesaplayınız. Cetvel 5.6 Tahlil Neticeleri Vuku bulma yüzdesi % 24 33 21 14 8 Bulanıklık B.B 12 21 35 49 69 Alkalinite mg/lt 36 29 34 31 29 (CaCO3) Sıcaklık C 14 19 22 18 20 Jar testi sonuçları Alum dozu mg/lt alum 36 28 31 27 29 Kireç dozu mg/lt Ca(OH)2 17 13 14 12 12 Ph 6,6 6,4 6,5 6,7 6,5

ÇÖZÜM Ham suyun bulanıklılığı zamanın %78 (=24+33+21) inde 35 Bulanıklık biriminden,zamanın %92 (=24+33+21+14) inde ise 49 bulanıklık biriminden azdır. Bu sebeple doğrudan filtrasyon,projelendirme alternatifi olarak da düşünülebilir. Ancak burada klasik yumaklaştırma-çöktürme-filtrasyon sistemi için hesap yapılacaktır. Kavanoz tecrübelerinden alkali ilavesinin gerektiği ve uygun alum dozunun 27 ila 36 mg/lt alum olduğu bulunmuştur. Bu durumda yumaklaştırmada esas mekanizmanın kolloidlerin Al(OH)3 ler tarafından sarılarak çökeltilmesi şeklindeki ( sweep coagulation) olduğu görülmektedir. Bu bakımdan mekanik karıştırmalı bir kısım yapmak uygundur. Uygun alum dozu olarak 31 mg/lt alınabilir. Alum dozu ile Al+3 dozu birbiri ile karıştırılmamalıdır. Alumum molekül ağırlığı 666 olduğundan,31 mg/lt Alum dozunun. Al+3 cinsinden değeri 2x27/666x(31)=2,5 mg A+3/lt bulunur.

Karıştırma odasında bekleme müddeti 50 sn ve hız gradyanı 700sn-1 seçilirse: Hızlı karıştırma odası hacmi: V=65,7x10-3x50= 3,29m3 İki adet paralel hızlı karıştırma odası seçilirse: V1= 3,29/2= 1,65m3 Boyutlar 1,2x1,2 alınırsa derinlik h=1,65/1,2x1,2=1,15m bulunur. Seçilen ebat: 1,2x1,2x1,2 Her bir odanın hacmi: V1=1,2 x 1,2x 1,2=1,728m3 En düşük sıcaklık değeri 14 0C olduğundan,bu sıcaklıktaki viskozite 1,178x10-3 Pa.sn veya N.sn/m2 alınarak, N= G2 μ V N= (700)2.(1,1748x10-3)x1,728=995 watt Motor gücü verimin 0,80 kabulü ile Nm = 995/0,8x1000=1,24 kW Bu takadda motor olmadığından seçilen motor 1,5 kW dır.

MİSAL 3: Hacmi 3000 M3 olan bir yumaklaştırma havuzunda G = 50 sn-1 lik bir hız gradyanı elde etmek için lüzumlu gücü ve pedal alanı hesaplayınız. Su sıcaklığı 15 0C olup , bu sıcaklıkta viskozite µ=1,139x10-3 N.sn/m2 alınacaktır.Pedal hızı 0,6 m/sn ve izafi pedal hızı mutlak hızın 0,75 katı olarak alınacaktır. Pedal katsayısı CD =1,8 dir. ÇÖZÜM: N= µ G2 V = 1,139 x 10-3 (N.sn/m2)x (50)2(l/sn)2 x (3000m3) = 8543 N.m/sn (Watt) N= CA . A p VR3/2 ve Vr = 0,75 v A= 2N/CD.p.Vr3=2x8543 kgm2/sn3 /1,8(999,1kg/m3 )(0,75x0,6m/sn)3=104,3m2

MİSAL 4: Debisi 1000 m3 /saat olan bir su , 500 m3 hacmindeki yumaklaştırma havuzundan geçirilmektedir . Su sıcaklığını 20 0C alarak hız gradyanının 20 sn-1 ve 75 sn-1 olması halleri için gerekli gücü bulunuz ve G.t. değerini hesaplayınız .20 0C için dinamik viskozite µ=10-3 N.sn/m2 olarak alınacaktır. Çözüm: G=20 sn-1 için N= µ.V.G2 = (10-3 N.sn/m2 ) (500 m3 ) (20) 2 l/sn 2 = 200 watt N= 10-3 x 500 x 752 = 2813 watt t=V =500 = 0,5 st = 30 dk = 1800 sn Q 1000   G.t=20.1800=3,6.104 , 104 < G.t <105 G=75sn-1 G.t=(75)(1800)=1,35x105 , 104 <G.t <105

Misal 5 : ÇÖZÜM: Debi = 11400m3/gün = 7.92m3/dk =0,132m3/sn Hesap debisi Q=11400 m3/gün olan bir içme suyu, hacmi 5,7 m3 olan karışım odasından sonra 4,6 m genişlik, 21 m uzunluk ve su derinliği 3,5 m olan bir yumaklaştırma havuzundan geçmektedir. Çökeltme tankı bir boyutu 23 m olan kare bir havuzdur. Çökeltme havuzundaki su derinliği 3,6 m ve çıkış savağı boyu 90 m dir. Buna göre bekleme sürelerini hesaplayınız. Yumaklaştırma havuzundaki yatay hızı bulunuz. Çökeltme havuzunda savak yükü ile yüzey yükünü hesaplayınız. Kanaatlerinizi belirtiniz. (şekil 5.23) ÇÖZÜM: Debi = 11400m3/gün = 7.92m3/dk =0,132m3/sn Karıştırma odasında bekleme müddeti t = V/Q = 5,7m3 / 0,132m3/sn = 43 sn (>30sn,pedallı karıştırıcılar için uygun) Yumaklaştırma havuzunda bekleme müddeti ve yatay hız t= 4,6mx21mx2,5m/ 7,92m3/sn=30dk (uygun 15<t<45) V= Q /A= 0,132m3/sn /4,6mx2,5m=0,0115m/sn=11.5mm/sn (>7,5 mm/sn uygun olabilir.) Çökeltme havuzunda bekleme müddeti t= 23mx23mx3,6m/0,132m3/snx3600sn/saat= 4,0 saat (uygun)

Savak Yükü = Q/Lsavak = 11400m3/gün/90m=127m3/m.gün (<250 uygun) Şekil 5.23 .1.Misale Ait Sistemin Plan ve Kesiti Savak Yükü = Q/Lsavak = 11400m3/gün/90m=127m3/m.gün (<250 uygun) So= Q/A=11400m3/gün/23mx23m=21,6 m3/m2.gün =0,9 m/saat (uygun) Sistemin plan ve kesiti şekil 5.23 de gösterilmiştir.

MİSAL 6: Debisi 1000m3/saat olan bir kasaba için yumaklaştırma kısımlarını boyutlandırınız. Şematik olarak kesitlerini çiziniz. ÇÖZÜM: Önce sisteme karar vermek gerekir. Bunun için birleşik sistem veya ayrık sistemden biri seçilebilir. Ayrık sistemde tesis maliyetini (inşa maliyeti) azaltmak için 1.misalde şekli verilen bir tertip tarzı düşünülebilir. Biz misalin farklı olması bakımından çökeltme havuzu , yatay akışlı dikdörtgen bir havuz olan ayrık bir sistemi seçelim. Yani sistem şematik olarak aşağıdaki gibi seçildi.

2 ad. Hızlı karıştırma odası seçelim 2 ad. Hızlı karıştırma odası seçelim. 3 adet de paralel bağlı yumaklaştırma ve çökeltme havuzu kabul edelim. Q1=1000/2=500m3/saat QM=1000/3=333m3/st. QM yumaklaştırma ve çöktürme havuzlarının beheri için hesap debisidir. Hızlı karıştırma odasının boyutlandırılması Karıştırma taçhizatı: Mekanik ,pedal tipi karıştırıcı kullanalım Bu tip karıştırma durumunda bekletme zamanı (Al3+ ve Fe3+ için) 30 saniyeden büyük seçilmelidir. t=50-60sn seçilmesi uygundur. t=60 sn seçelim t=V/QxV=t.Q1=60sn.500m3/saat.1saat/3600sn=8,3m3 Seçilen derinlik 1,5 mB=2.4m L=2.4m V=8,6m3 Q1=500 m3/saat alındı. Çünkü 2 adet (paralel) hızlı karıştırma odası seçilmişti.

Yumaklaştırma Havuzlarının Hesabı : Yumaklaştırma Havuzlarını 3 Yumaklaştırma Havuzlarının Hesabı : Yumaklaştırma Havuzlarını 3. Bölmeli hesaplayalım. Havuzlardakive t değerlerini aşağıdaki gibi seçelim. Σ G.t=10x60 (100+60+30)=114000=1.1x105=105 uygun V=QM.t=(333x30/60)=166,5m3 Seçilen => derinlik 3,0 m A=55.5m2 Seçilen B=4m L=3x4,6=13,8m A=4x13,8=55.2 ~ 55.5m2 NOT: Kanatlı karıştırıcılar seçildi. Kanat alanları G’ye bağlı olarak hesaplanabilir. Çökeltme Havuzu Bekleme müddeti: 4 saat Yüzey yükü: 1,25 m/sa seçelim Derinlik: 3m 3 adet paralel çökeltme tankı düşünüldüğünden Q=333m3/st V=t.Q=(4saat)333m3/sa=1332m3 A=1332m3/3m=444m2 Genişlik: 8m Boy:55m ~ 440m2 Sistemin şematik bir kesiti şekil 5.24 de gösterilmiştir.

Kimyasal metodla su tasfiyesinde kullanılan hızlı karıştırma ve yumaklaştırma üniteleri: önde hızlı karıştırıcı arkada yavaş dönen yatay milli kanat Hızlı Karıştırma ve Yumaklaştırma Kısımları Boyuna Kesiti

Çöktürme Havuzu Boyuna Kesiti Şekil 5.24 Sistemin Şematik Kesitleri

MİSAL 7: Bir yumaklaştırma havuzu , birbiri ucuna dayanmış 2 adet yatay mile bağlı ve her birinin toplam uzunluğu 6m olan bir pedal karıştırıcı ile 4 devir/dak. hızla karıştırılmaktadır. Her yatay mile birbirine zıt uçlarda olmak üzere 20 cm genişlikte 2 adet pedal takılmıştır. Her bir pedalın ortasının milin merkezinden mesafesi 2m dir. Debi 10,5m3/dk olup,havuzdaki bekleme müddeti 40 dakikadır. Pedal katsayısı CD=1,4 alınacaktır. Suyun ortalama hızı pedal hızının dörtte biridir. Buna göre; a)Pedal alanının havuzun kesit alanına oranını b)Pedal hızlarını c)Güç ihtiyacını d)Hız gradyanını ve G.t değerlerini hesaplayınız.

ÇÖZÜM: Havuz hacmi V=t.Q=40x10,5=420m3 Derinlik 5m alınırsa, A=420/5=84m2 bulunur Seçilen 12x7=84m2 a)Havuz en kesitindeki pedal alanını hesaplayalım. Pedal genişliği 20cm,pedal uzunluğu 6m,ve bir mile bağlı 2 adet pedal bulunduğundan, Pedal alanı= 6x2x0,2=2,4m2 Havuz en kesit alanı=7x5=35m2 Pedal alan yüzdesi 2,4/35x100=%6.85<%20 uygun

b)Pedal çevre hızı hesabı Pedal devri 4 devir/dk ve iki pedal ortasının birbirine mesafesi (2+2)=4m olduğundan,pedalların çevre hızı V=(4)(4) π /60=0,837m/sn İzafi pedal hızı Vr=0,75 V=0,75x0,837=0,63m/sn bulunur. c)Güç hesabı Bir mile bağlı pedal alanı 2,4m2 dir. Havuzda 2 mil olduğundan toplam pedal alanı 2x2,4=4,8m2dir. Bu alan=3x2x2x2x0,2=4,8m2 şeklinde de hesaplanabilir. N=1/2 CD.A.p.V3r N=1/2(1,4)(4,8)(1000)(0,63)3=840 Watt=0,84 kW =1,14 Beygir gücü d)Hız gradyanı veGt hesabı Viskozite µ = 10-3 N.sn/m2 alınırsa ve N=840 Watt olduğundan: G= 45sn-1 10<G<100 uygun G.t=45x(40x60)=1,08x105 ≈ 105 104<G.t<105 uygun

MİSAL 8: Debisi 720 m3/ st olan bir su dalgıç perdeli bir havuzda yumaklaştırılmaktadır. Bekleme müddeti 40 dk ve yük kaybı 1 m olduğuna göre bu yük kaybına karşılayacak güç ihtiyacını, G ve Gt değerlerini hesaplayınız. Su sıcaklığı 200C için dinamik vizkosite 10-3 N.sn/m2 alınacaktır. ÇÖZÜM: N=p.g.Q.∆h Q=720 m3/st = 12 m3dk = 0,2 m3/sn N = 1000x9,81x0,2x1,0=1962Watt= 1,96 kW V = 40 dk x 12 m3/dk = 480 m3 Birim hacim başına lüzumlu güç N1=N/V=1962/480=4,1Watt/m3 yumaklaştırma hacmi bulunur. G.t=64x40x60=1,54x105 elde edilir.

MİSAL 9: Hesap debisi 4550 lt/dk olan bir kasabanın içme suyundaki bulanıklılık yumaklaştırma sistemi ile giderilecektir. Hızlı karıştırma odası ayrı,yumaklaştırma ve çökeltme havuzları birleşik olarak düşünülerek sistemi boyutlandırınız. ÇÖZÜM: a)Hızlı Karıştırma Odasının Boyutlandırılması Seçilen Türbin tipi karıştırıcı,bekleme müddeti:1,5dk Hacim V=t.Q=1,5x4550x10-3=6,8m3 Derinlik 1,5 m alınırsa,yüzey alan, A=6,8/1,5=4,5m2 Boyutlar 2,15x2,15x1,5=6,9m3>6,8m3

b)Yumaklaştırma ve Çöktürme Havuzu Sisteminin Boyutlandırılması - Yumaklaştırıcı Bekleme müddeti 30 dk alınırsa, hacim: V=30X4550X10-3=136,5m3 Derinlik 3m seçilirse,alan 136,5/3=45,5m2 Daire kesit seçilirse çapı=7,65m (A=46m2) V=46X3=138m3>136,5m3 -Çöktürme Havuzu Bekleme müddeti 4st alınırsa,hacim V=4X60X4550X10-3=1092m3 Ortalama derinlik 3,7m alalım Yumaklaştırıcı ve çöktürme havuzunun toplam hacmi V t=1092-183=1230m3 Birleşik sistemin yüzey alanı: 1230/3,7=332,4m2 Bu sistemin dış çapı